移動(dòng)通信角鋼塔基礎(chǔ)的優(yōu)化設(shè)計(jì) 課件

1、,移動(dòng)通信角鋼塔基礎(chǔ)的優(yōu)化設(shè)計(jì),第六設(shè)計(jì)所,呂能鋒,宋國(guó)濤,張學(xué)斌,2019,年,11,月,06,日,京移通信設(shè)計(jì)院有限公司,第十二屆新技術(shù)論壇,第,2,頁(yè),前言,移動(dòng)通信鐵塔做為移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)設(shè)施，因其建設(shè)面廣、,量大，所以設(shè)計(jì)的合理與否直接影響著通信設(shè)施的適用、安全、,工程造價(jià)和工期，因此鐵塔的優(yōu)化設(shè)計(jì)也就成為工程建設(shè)的重要,環(huán)節(jié)需要引起足夠重視。角鋼塔制作安裝簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)適用，是最,常用的塔型，本文結(jié)合具體工程實(shí)例，來(lái)討論其組成部分之一的,地下部分即基礎(chǔ)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。,我們?nèi)〉湫蛯?shí)例：某移動(dòng)通信角鋼塔高,48m,，根開(kāi),7m,，設(shè),2,層,平臺(tái)，每層平臺(tái)均按加掛,6,副,GSM,（或,C

2、DMA,）定向天線設(shè)計(jì)?？紤],到天線間距（同扇區(qū)天線間距大于,4m,，相鄰扇區(qū)天線間距大于,1m,）,的要求及天線安裝調(diào)試方便，平臺(tái)直徑確定為,4m,，平臺(tái)高度為,45m,及,40m,?；撅L(fēng)壓取,0.4kN/m,2,，地面粗糙度為,B,類。鐵塔屬于高,聳構(gòu)筑物，其受力特點(diǎn)是水平力起控制作用，一般取兩種風(fēng)向，,如圖,1,所示。,京移通信設(shè)計(jì)院有限公司,第十二屆新技術(shù)論壇,第,3,頁(yè),前言,圖,1,角鋼塔風(fēng)荷載示意,京移通信設(shè)計(jì)院有限公司,第十二屆新技術(shù)論壇,第,4,頁(yè),前言,基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)受地質(zhì)條件，我們?nèi)追N典型的地質(zhì)條件,予以討論。,?,普通地基,?,地下水位較淺的普通地基,?,巖石地基,?,

3、軟土地基,京移通信設(shè)計(jì)院有限公司,第十二屆新技術(shù)論壇,第,5,頁(yè),一,.,普通地基,工程中常見(jiàn)的多數(shù)地基情況是場(chǎng)地地勢(shì)平坦，地下水位較,深，沒(méi)有軟弱下臥層及不良地質(zhì)作用存在。典型的地層結(jié)構(gòu)：,?,第一層為素填土，多為耕地，松散，成份以粉質(zhì)粘土為主，厚,度較淺,300-400mm,，不適宜作為基礎(chǔ)持力層；,?,第二層為粘土，黃褐色，可塑，光滑，中等干強(qiáng)度，高韌性，,分布普遍，且厚度適宜,3000-3200mm,，,fak=150kPa,，適合作為,淺基礎(chǔ)持力層,；,?,第三層為粉質(zhì)粘土，褐黃色，稍有光滑，中等干強(qiáng)度，中等韌,性，含鐵錳氧化物，,fak=160kPa,，厚度較大,6000-6200

4、mm,，但,埋深較深，可作為良好的基礎(chǔ)下臥層；,?,第四層為泥質(zhì)砂巖，灰色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，強(qiáng),-,中風(fēng)化,狀態(tài)，巖體交破碎，,fak=300kPa,。,京移通信設(shè)計(jì)院有限公司,第十二屆新技術(shù)論壇,第,6,頁(yè),一,.,普通地基,經(jīng)計(jì)算，,45,受風(fēng)作用下的各支座標(biāo)準(zhǔn)組合反力如表,1,所示。,表,1 45,受風(fēng)作用下的各支座標(biāo)準(zhǔn)組合反力（,kN,）,支座,1,2,3,4,Nxk,-26.8,-2.0,-36.0,8.3,Nyk,-26.8,8.3,-36.0,-2.0,Nzk,-185.0,32.8,248.7,32.8,京移通信設(shè)計(jì)院有限公司,第十二屆新技術(shù)論壇,第,7,頁(yè),一,.,普通地

5、基,鋼筋混凝土獨(dú)立基礎(chǔ)屬于淺基礎(chǔ)，由于比較經(jīng)濟(jì)、施工簡(jiǎn),便，在地基承載力較好、土質(zhì)比較均勻的情況下應(yīng)優(yōu)先選用。,移動(dòng)通信鐵塔獨(dú)立基礎(chǔ)的受力特點(diǎn)是豎向壓力較小，而豎向拔,力較大，與普通的獨(dú)立基礎(chǔ)不同的是，其基礎(chǔ)面積及埋深受如,下條件控制：,1,、基礎(chǔ)受拔脫開(kāi)面積不得超過(guò)基礎(chǔ)面積的,1/4,；,2,、抗拔穩(wěn)定性。經(jīng)計(jì)算，基礎(chǔ)面積確定為,3.0,3.0m,，埋深,2.8m,。,如果減小拔力，比如可以把做為基站的磚混平房設(shè)在塔下，,構(gòu)造上將其自重傳至塔腳下，基礎(chǔ)受力狀況得到改善，相同條,件基礎(chǔ)面積可以縮小到,2.6,2.6m,，基礎(chǔ)造價(jià)降低近,20%,，同時(shí),由于機(jī)房設(shè)在塔下，機(jī)房的接地系統(tǒng)可以和鐵塔

6、的接地系統(tǒng)一,起來(lái)作，接地的造價(jià)因此降低近,30%,。,京移通信設(shè)計(jì)院有限公司,第十二屆新技術(shù)論壇,第,8,頁(yè),二,.,地下水位較淺的普通地基,工程中也經(jīng)常碰到這樣一類地基情況，基本情況與第一類,差不多，地基持力層較淺，沒(méi)有軟弱下臥層及不良地質(zhì)作用，,不同的是地勢(shì)低洼，地下水位較淺低。假設(shè)土層分布與上一節(jié),相同，地下水位為,-2.0m,。,若仍采用獨(dú)立基礎(chǔ)，由于地下水位較淺，一方面其對(duì)基礎(chǔ),的浮力又使基礎(chǔ)受拔的受力狀況雪上加霜，基礎(chǔ)面積擴(kuò)大為,3.3,3.3m,，埋深會(huì)更深，達(dá),3.3m,；另一方面基坑開(kāi)挖需要降,水施工，對(duì)于鐵塔等小型工程顯然是不經(jīng)濟(jì)的，并且工期延長(zhǎng),很多。,為此，可以考慮筏

7、板基礎(chǔ)，選擇高于地下水位的土層做為,基礎(chǔ)持力層。筏板的計(jì)算與普通筏板相同，按倒無(wú)梁樓蓋分柱,京移通信設(shè)計(jì)院有限公司,第十二屆新技術(shù)論壇,第,9,頁(yè),二,.,地下水位較淺的普通地基,上板帶和柱中板帶計(jì)算，由于筏板的剛度很大，而受到的鐵塔,傳來(lái)的反力很小，筏基的厚度和配筋基本為構(gòu)造確定。,為降低造價(jià)，把受力上不需要的的核心區(qū)域清除掉，變成,“回”字型筏板，但此時(shí)的受力模式已不是筏板，實(shí)質(zhì)上扁寬,的條形基礎(chǔ)，應(yīng)按彈性地基梁計(jì)算，,我們稱之為寬扁梁基礎(chǔ),（圖,2,）。基礎(chǔ)面積和埋深的確定基本上由基礎(chǔ)脫開(kāi)面積條件,的限制。四條梁的尺寸完全相同，剛度相同，梁,1-2,和,1-4,分別,承擔(dān)拉力的一半，即,

8、京移通信設(shè)計(jì)院有限公司,第十二屆新技術(shù)論壇,第,10,頁(yè),二,.,地下水位較淺的普通地基,圖,2,寬扁梁基礎(chǔ)示意,京移通信設(shè)計(jì)院有限公司,第十二屆新技術(shù)論壇,第,11,頁(yè),二,.,地下水位較淺的普通地基,T1=-(Nzk1,Gjf/4)/2=-(-185+440/4)/2=37.5kN,T2= (Nzk2,Gjf/4)/2= (248.7+440/4)/2=179.4kN,這里，機(jī)房的重量,Gjf,440kN,。此外，梁寬,B=1.4m,，梁高,h,0.7m,，覆,土,d,0.8m,。,N+G=,37.5+179.4+(0.8,16+0.7,22),8.4,1.4,=,473.5kN,M=(3

9、7.5+179.4),7/2=759.2kNm,偏心距,e,M/(N+G)= 759.2/473.5=1.6m,a=l/2-e=8.4/2-1.6=2.6,3a=3,2.6,7.80.75b=0.75,8.4,6.3,京移通信設(shè)計(jì)院有限公司,第十二屆新技術(shù)論壇,第,12,頁(yè),三,.,巖石地基,該類型地基多分布于山區(qū)或丘陵地帶，地勢(shì)起伏較大，一,般地下水位較低，可不考慮地下水對(duì)工程的影響。該類型典型,的地層結(jié)構(gòu)一般如下：,?,第一層為素填土，即地表土，松散，雜色，主要成份為粉質(zhì)粘,土，含碎石、塊石等，為基巖風(fēng)化及坡積形成，厚度較小，不,宜作為基礎(chǔ)持力；,?,第二層為花崗巖，中風(fēng)化狀態(tài)，塊狀結(jié)構(gòu)，

10、巖芯呈短柱狀，厚,度較大，一般不會(huì)穿透，需要爆破開(kāi)挖，,fak=500kPa,，適合作,為淺基礎(chǔ)持力層。,京移通信設(shè)計(jì)院有限公司,第十二屆新技術(shù)論壇,第,13,頁(yè),三,.,巖石地基,按照常理，優(yōu)先應(yīng)考慮做錨桿基礎(chǔ)。試設(shè)計(jì)如下：地,腳螺栓,4M48,等強(qiáng)等面積換為,8,32,，沿基礎(chǔ)四周布置，每,邊,3,根，錨桿孔直徑,d1=3d,96,，取,100mm,，間距,6d1,600mm,，角筋距外邊,200,，邊長(zhǎng),B,2,(600+200)=1600mm,，,錨,固,長(zhǎng),度,1100mm,，,基,礎(chǔ),錨,入,巖,石,500mm,，,基,礎(chǔ),厚,度,為,1100+500=1600mm,，混凝土用量,

11、4.1m,3,，并不經(jīng)濟(jì)，同時(shí)由,于錨桿孔鉆孔施工技術(shù)要求高，難度大，工期較長(zhǎng)。,京移通信設(shè)計(jì)院有限公司,第十二屆新技術(shù)論壇,第,14,頁(yè),三,.,巖石地基,但是如仍采用獨(dú)立基礎(chǔ)，為滿足零應(yīng)力面積限值、抗,拔穩(wěn)定及抗滑移要求，底面積較大、埋深較深，同時(shí)還面,臨開(kāi)挖困難。為此，可以將鋼筋錨入巖石，做成錨墩，充,分利嵌巖墩很高的抗拔和抗剪性能，可大大減少基坑開(kāi)挖,工程量和混凝土用量，降低施工難度，從而大大降低造價(jià),（包括二次搬運(yùn)費(fèi)用）、縮短施工周期。,由于巖石掘進(jìn)困難，經(jīng)常采用爆破的施工方法，,4,個(gè),獨(dú)立基坑已經(jīng)連成一片，工程中因而也常用筏基加錨墩的,基礎(chǔ)形式。,京移通信設(shè)計(jì)院有限公司,第十二屆

12、新技術(shù)論壇,第,15,頁(yè),四,.,軟土地基,在沿海地區(qū)，所屬地貌為沖積平原地錨，地貌形態(tài)單一，地下水,位較淺，地層軟弱。典型的地層結(jié)構(gòu)：,?,第一層為粉土，黃褐色，稍濕，松散，搖震反應(yīng)中等，無(wú)光澤反應(yīng)，,低干強(qiáng)度，低韌性，,fak,70kPa,，極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值為,30kN/m,2,，層,厚,0.7-0.9m,，該層工程性質(zhì)較差，埋深較淺，不宜作為基礎(chǔ)持力層；,?,第二層為淤泥質(zhì)粘質(zhì)粉土，灰色，流塑，稍有光滑，中等干強(qiáng)度，,中等韌性，,fak,60kPa,，極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值為,20kN/m,2,，層厚,1.4-,1.5m,，該層工程性質(zhì)較差，埋深較淺，不宜作為基礎(chǔ)持力層；,?,第三層為粉質(zhì)粘土

13、，黃褐色，稍有光滑，中等強(qiáng)度干，中等韌性，,fak,50kPa,，極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值為,25kN/m,2,，層厚,3.2m,，工程性質(zhì)較,差，不宜作基礎(chǔ)持力層；,京移通信設(shè)計(jì)院有限公司,第十二屆新技術(shù)論壇,第,16,頁(yè),四,.,軟土地基,?,第四層為淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，灰色，流塑，稍有光滑，低干強(qiáng)度，中等韌性，,fak,80kPa,，極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值為,20kN/m,2,，層厚,2.6m,，工程性質(zhì)較差，不,宜作基礎(chǔ)持力層；,?,第五層為粉砂，灰色，飽和，松散，成份為長(zhǎng)英質(zhì)，含零星貝殼碎屑，,fak,130kPa,，極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值為,30kN/m,2,，層厚,4m,，工程性質(zhì)一般，不宜作,基礎(chǔ)持力

14、層；,?,第六層為粉土，灰黃色，很濕，稍密，低干強(qiáng)度，低韌性，含鈣質(zhì)結(jié)核，,fak,130kPa,，極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值為,40kN/m,2,，層厚,3m,，工程性質(zhì)較好，可作,為基礎(chǔ)持力層；,?,第七層為中砂，灰黃色，飽和，稍密，成份為長(zhǎng)英質(zhì)，含貝殼碎屑，,fak,130kPa,，極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值為,40kN/m,2,，層厚,5m,，工程性質(zhì)較好，可作為基,礎(chǔ)下臥層。,?,地下水位為,2.0m,。,京移通信設(shè)計(jì)院有限公司,第十二屆新技術(shù)論壇,第,17,頁(yè),四,.,軟土地基,此時(shí)應(yīng)選擇第六層為持力層，采用鋼筋混凝土灌注樁，安全,可靠但造價(jià)較高。,計(jì)算地基變形時(shí)采用的是不計(jì)入風(fēng)荷載作用的正常使用極限

15、,狀態(tài)下荷載效應(yīng)的準(zhǔn)永久組合。以第二節(jié)談到的寬扁梁基礎(chǔ)為例，,塔自重,Gt,150kN,，機(jī)房自重,Gpf,440kN,，梁寬,B=1.4m,，梁高,h,0.,7m,，覆土,d,0.8m,。基礎(chǔ)面積,A=7.7,7.22-6.3,6.3,19.6m2,，基,底的附加應(yīng)力,pk,(150+440,(0.7,22-0.7,16),19.6)/19.6=3,4.3kN/m2,。由于建設(shè)鐵塔和機(jī)房而造成的下部土體的沉降不足,5mm,，,可以忽略不計(jì)。真正的地基變形系原來(lái)的欠固結(jié)土體自身固結(jié)所,造成的，這個(gè)過(guò)程將是漫長(zhǎng)的。因此，設(shè)計(jì)中采用寬扁梁基礎(chǔ)，,同時(shí)將塔腳高度提高和機(jī)房室內(nèi)外高差加大，預(yù)留該部分沉

16、降變,形，將大大節(jié)省工程造價(jià)和縮短工期。,京移通信設(shè)計(jì)院有限公司,第十二屆新技術(shù)論壇,第,18,頁(yè),結(jié)論,本文通過(guò)對(duì)不同地質(zhì)條件下移動(dòng)通信角鋼塔基礎(chǔ)的優(yōu)化設(shè)計(jì),的討論，得到如下結(jié)論：,1,、將做為基站的磚混平房設(shè)在塔下，利用其重量可以改善的基礎(chǔ)受,力狀況，從而可以縮小基礎(chǔ)面積，降低基礎(chǔ)造價(jià)近,20%,，同時(shí)由于,機(jī)房設(shè)在塔下，機(jī)房的接地系統(tǒng)可以和鐵塔的接地系統(tǒng)一起實(shí)施，,接地的造價(jià)因此降低近,30%,。,2,、地下水位較淺時(shí)，選擇高于地下水位的土層做為基礎(chǔ)持力層，采,用寬扁梁基礎(chǔ)，可以避免降水施工、縮短工期、節(jié)省投資。,3,、巖石較淺情況下，可以將鋼筋錨入巖石，做成錨墩，充分利嵌巖,墩很高的抗拔和抗剪性能，可大大減少基坑開(kāi)挖工程量和混凝土,用量，降低施工難度，從而大大降低造價(jià)（包括二次搬運(yùn)費(fèi)用）、,縮短施工周期。,京移通信設(shè)計(jì)院有限公司,第十二屆新技術(shù)論壇,第,19,頁(yè),結(jié)論,但是目前抗拔墩的研究多限于嵌巖深度大于三倍直徑的情況，,針對(duì)移動(dòng)通信鐵塔拔力較小條件下應(yīng)用的嵌巖